含柔性运动副欠驱动机构的运动确定性研究

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1、分类号：TH112密级：公开UDC：621编号：河北工业大学硕士学位论文含柔性运动副欠驱动机构的运动确定性研究论文作者：杜春翠学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：机械工程指导教师：张建军职称：教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMechanicalEngineeringTHESTUDYOFTHECERTAINTYMOTIONFORUNDER-ACTUATEDMECHANISMWITHFLEXIBLEJOINTSbyDuChuncuiSupervisorProf.ZhangJianju

2、nFebruary2017摘要欠驱动机构运动学和动力学约束不完整，机构运动具有不确定性，欠驱动机构引入柔性运动副后可利用其弹性反力一定程度上弥补动力学约束的不完整，但机构的运动学和动力学求解依然困难，其运动的确定性更是与柔性运动副的刚度和初始状态有很大关系。针对该问题，本文提出一种求解含有柔性运动副欠驱动机构运动学、动力学方程的数值迭代算法，并对该类机构的运动确定性问题进行研究。首先，对欠驱动机构，柔性机构的发展现状进行了概述，并介绍了含有柔性运动副的欠驱动机构的相关概念和研究现状。其次，以含有柔性移动副的平面二自由度欠驱动机构为研究对象，分别运用封闭矢量法和拉格朗日方程法建立机构的运动学和动

3、力学方程，并对其运动学和动力学方程的求解问题进行了分析。然后，给定各构件的初始运动条件及原动件的运动规律，基于时间无限细分时相邻时刻区间内速度和加速度不变的原理，提出一种求解该类机构运动学、动力学方程的数值迭代算法，并利用MATLAB对该机构进行了求解，验证了所提方法的正确性。所提出的数值迭代算法解决了目前欠驱动系统中由于存在二阶非完整约束而无法进行积分迭代的缺陷。最后，基于方程组确定解的存在性研究该类机构的运动确定性，得出了不同初始状态下机构能够实现确定运动的最佳刚度范围，并通过多组数据的分析得出了最优驱动力矩与柔性移动副刚度之间的拟合曲线。这些工作都为该类机构控制领域的研究提供了新的思路。

4、关键词：柔性运动副，欠驱动机构，运动学，动力学，数值迭代算法，运动确定性IABSTRACTThekinematicanddynamicconstraintsofunder-actuatedmechanismareincompleteanditsmovementisuncertain.Theelasticreactionofflexiblejointsinvolvedinanunder-actuatedmechanismcanmakeupfortheincompletenessofdynamicconstraintsinaway,butthekinematicsanddynamicsequati

5、onsarestillunsolvable,andthecertaintyofthemotionstillrelatedtotheinitialstateofthemechanismandthestiffnessoftheflexiblejoint.Aimedattheseissues,anumericaliterativealgorithmisproposedtosolvethekinematicsanddynamics,andwestrivetoresearchthedeterministicmotionofthemechanismbysolvingthedefinitesolutiono

6、fkinematicsanddynamicsequations.Firstly,thedevelopmentstatusofunder-actuatedmechanismandcompliantmechanismaresummarizedbriefly,andthentherelevantconceptandresearchstatusabouttheunder-actuatedmechanismwithflexiblejointsareintroduced.Secondly,wetakeaplanar2-DOFunder-actuatedmechanismwithaflexiblejoint

7、asanexampletoanalyze,thekinematicsmodelanddynamicsmodelaresetupusingtheclosedvectormethodandLagrangeequationmethod,andthenhowtosolvethekinematicsanddynamicsequationsarebrieflyanalyzed.Thirdly,giventhe